یک رادیو چگونه کار می کند؟

امواج رادیویی، اطلاعات را به شکل نامرئی به هزاران کیلومتر آن طرف تر ارسال می کنند. با اینکه این امواج قابل دیدن نیستند، ولی جامعه بشری را کاملاً متحول ساخته اند. امروزه ما درباره تلفن همراه، دوربین های کنترلی، رادیو FM و AM، سیستم های کنترل از راه دور، GPS، ارتباطات ماهواره ای و هزاران فناوری دیگر مطالبی می شنویم که همه آنها از امواج رادیویی استفاده می کنند. تکنولوژی های رادار و امواج کوتاه کاملاً به امواج رادیویی وابسته اند و بدون این امواج، سفر به فضا و پرواز هواپیماها غیر ممکن است. در این مقاله شما می توانید با فناوری رادیو آشنا شوید تا بتوانید بطور کامل درک کنید که امواج رادیویی نامرئی چه چیزهای زیادی را ممکن می سازد.

سیستم کار رادیو:

بیایید با هم آزمایش ساده ای انجام دهیم. ابتدا یک باتری ۹ ولتی، یک سکه و یک رادیوی AM پیدا کنید. موج رادیو را روی طول موجی که سکوت رادیویی است، تنظیم کنید. سپس باتری را نزدیک آنتن رادیو ببرید و آن را به سکه بزنید، طوری که هر دو سر باتری به سکه برخورد کند. شما به این طریق یک مدار الکتریکی به وجود می آورید و با هر بار زدن باتری به سکه، یک صدای تق از رادیو می شنوید. در این حالت باتری و سکه شما، نوعی فرستنده رادیویی را تشکیل می دهند. البته آنها چیز مفیدی را منتقل نمی کنند و تاثیرشان فقط چند سانتیمتر خواهد بود، ولی از همین سیستم می توانید به عنوان فرستنده علائم مورس استفاده کنید!

اگر بخواهید استادانه تر عمل نمایید، دو تکه سیم را به دو سر باتری وصل کنید و سپس آن را در تاریکی به هم بزنید. حتماً هنگام اتصال، جرقه ای خواهید دید. حال اگر آن را نزدیک آنتن رادیو ببرید، صدای شَدیدتری نسبت به قبل خواهید شنید. جرقه هایی که در ولتاژهای زیاد (حدود ۲۰ هزار ولت) ایجاد می شوند، امواجی تا مسافت های طولانی تر ارسال می کنند. این روش تا این اواخر برای برقراری ارتباط مورس مرسوم بود، ولی امروزه به خاطر ایجاد نویز در طیف رادیویی، دیگر بکار نمی روند و استفاده از آنها غیر قانونی است.

یک فرستنده ساده:

شما می توانید با آزمایش زیر ایده خوبی در مورد نحوه کار فرستنده رادیویی بدست آورید. مطابق شکل زیر، دو سر یک باتری را به هم وصل کنید (مدار اولیه) و در نزدیکی آن، یک رشته سیم را به یک ولت سنج حساس متصل کنید (مدار ثانویه). اکنون با عبور جریان در مدار اولیه، یک میدان مغناطیسی حول سیم تشکیل شده است. در حالت بعدی با قطع مدار اولیه توسط کلید، میدان مغناطیسی حول سیم قطع می شود و تغییر می یابد. با تغییر میدان مغناطیسی در مدار اولیه، میدان القای مغناطیسی در مدار دوم تشکیل می شود. طبق قوانین الکترومغناطیس با تغییر میدان مغناطیسی حول یک سیم، جریان الکتریکی در آن سیم تولید می شود. بنابراین یک لحظه جریان در مدار ثانویه القا می شود و آمپرِ ولت سنج برای یک لحظه جابجا می شود.

امواج رادیویی می توانند داده، صوت و تصویر را انتقال دهند. این امواج در تلویزیون، رادیو، ارتباطات پلیس شهری و ارتباطات ماهواره ای استفاده می شوند. هر کدام از این سیستم ها از یک محدوده فرکانسی خاص برای ارتباط استفاده می کنند. برای مثال، یک فرستنده و گیرنده تلفن همراه دارای مشخصات زیر است: مدولاسیون FM، محدوه فرکانسی ۸۰۰ مگاهرتز و قدرت ارسال ۳ وات.

نکته مهم در آزمایش قبلی این بود که میدان مغناطیسی سبب ایجاد جریان در مدار نمی شود، بلکه این تغییر میدان مغناطیسی است که روی مدار ثانویه اثر می گذارد. حال اگر بخواهید جریان بطور دائم در مدار دیگر القا شود، باید روشی پیدا کنیم که بتوانیم بطور مرتب و سریع، مدار اولیه را قطع و وصل کنیم. در فرستنده ساده قبلی، هر بار که مدار بسته می شد، ولتاژ مدار به ۱.۵ ولت می رسید و هرگاه مدار قطع می شد، ولتاژ به صفر تنزل می یافت و در این حالت ما نوعی موج مربعی تولید کرده ایم.

راه بهتر، ایجاد یک جریان الکتریکی پیوسته در سیستم است. ساده ترین نوع موج پیوسته موج سینوسی نام دارد. به کمک چند قطعه الکترونیکی ساده، مثل خازن و بوبین (سیم پیچ) می توان یک موج سینوسی ایجاد کرد و توسط یک ترانزیستور این امواج را تقویت نمود. با ارسال این امواج به آنتن، شما یک فرستنده واقعی می سازید. یکی از مشخصه های اصلی امواج، فرکانس آن است. فرکانس یک موج به تعداد نوسانات (بالا و پایین رفتن) موج در یک ثانیه گفته می شود و واحد آن هِرتز است. برای مثال، اگر فرکانس یک موج یک مگاهرتز باشد، یعنی این موج در هر ثانیه، یک میلیون بار نوسان دارد!

مدولاسیون (تلفیق موج سینوسی با اطلاعات):

با داشتن یک موج سینوسی و یک فرستنده، می توانید امواج را به فضا ارسال کنید، ولی این امواج حامل هیچ اطلاعاتی نخواهند بود. روشی که امواج را با اطلاعات (مثل صدای گوینده)، ترکیب و رمزگذاری می کنند، مدولاسیون (modulate) گفته می شود.

سه روش برای مدولاسیون وجود دارد:

۱) مدولاسیون پالس: این روش به صورت ارسال و قطع موج سینوسی است و یک روش ساده برای ارسال کدهای مورس به حساب می آید. شکل زیر این روش را توصیف می کند.

۲) مدولاسیون دامنه: ایستگاه های رادیوی AM از این شیوه استفاده می کنند. در این روش، دامنه موج تولید شده توسط صدای گوینده با موج سینوسی تلفیق می شود و سپس از طریق فرستنده ارسال می شود. شکل زیر نیز این روش را توصیف می کند.

۳) مدولاسیون فرکانس: ایستگاه های رادیویی FM و صدها وسیله دیگر که با تکنولوژی بی سیم کار می کنند؛ مثل موبایل و تلفن های بی سیم از این روش برای ارسال اطلاعات استفاده می کنند. در این روش، فرکانس موج تولید شده توسط گوینده با موج سینوسی تلفیق می شود و سپس از طریق فرستنده ارسال می گردد. شکل زیر، این روش را توصیف می کند.

دریافت سیگنال:

گیرنده شما به کمک آنتن، امواج رادیویی پخش شده در فضا را دریافت می کند. در رادیوها همچنین وسیله ای به نام تیونر (پیچ تنظیم کانال) وجود دارد که به کمک آن می توان فرکانس دریافتی موج را تغییر داد. با تغییر فرکانس های دریافتی، می توان امواج پخش شده از هر ایستگاه رادیویی خاص را دریافت کرد. امواج دریافتی، سپس به یک جداساز فرستاده می شوند تا امواج اطلاعاتی از موج سینوسی، جدا شوند. پس از طی این مرحله نیز امواج توسط بخش آمپلی فایر تقویت شده و به بلندگو ارسال می شوند. رادیوهای FM شبیه رادیوهای AM کار می کنند و فقط قسمت جداساز امواج، از روشی دیگر برای جداسازی موج اطلاعاتی از موج سینوسی استفاده می کنند.

رادیوهای FM شبیه رادیوهای AM کار می کنند و فقط قسمت جداسازی امواج، از روش های دیگری برای جداسازی موج اطلاعاتی و از موج سینوسی استفاده می کنند.